超導有兩個重要的特點：零電阻和完全抗磁性。零電阻意味著超導體可以無損耗地傳輸大電流，并在周圍產生強大的磁場。完全抗磁性意味著超導體可以排斥外部磁場，并保持內部磁通量不變。這兩個特點使得超導體在許多領域有著廣泛的應用前景，如核磁共振成像、高能物理實驗、核聚變裝置、儲能系統、電力輸送等。

那么，為什么某些材料在低溫下會變成超導體呢？這背后有什么物理機制呢？

常規超導原理

BCS理論認為，在常規超導體中，低溫下兩個原本均帶負電、互相排斥的電子，通過影響原子晶格產生的振動（這一振動的能量量子稱為聲子）而建立間接吸引作用，從而兩兩配對構成“庫伯對”。在量子相干效應下，這些“庫伯對”可以在晶格中無損耗地運動，形成了整體的超導電性。

BCS理論還給出了計算常規超導體臨界溫度、臨界磁場、能隙等物理量的方法，并與實驗結果符合得很好。BCS理論為解釋和發展常規超導現象作出了重大貢獻，并使其三位創始人獲得了1972年諾貝爾物理學獎。

高溫超導原理

高溫超導體的最大特點是其具有層狀結構，其中含有銅氧面或者鐵砷面等過渡金屬氧化物平面 。科學家們普遍認為，這些平面是產生高溫超導電性的關鍵所在，因為它們提供了足夠大的態密度和強烈的電子-電子相互作用。

高溫超導體不僅具有理論上的挑戰性和吸引力，還具有巨大的應用潛力。由于它們可以在液氮等廉價易得的低溫介質下工作，因此可以大幅降**冷成本，并擴展超導技術在能源、交通、醫療、通信等領域中的應用。

高溫超導的應用

強電應用是指利用高溫超導材料的零電阻和大電流密度特性，實現低損耗、高效率、高容量的輸配電系統，如超導變壓器、超導發電機、超導儲能器、超導限流器、超導傳輸線等。這些應用可以提高電網的穩定性和可靠性，減少線路損耗和碳排放，節約能源和土地資源。

弱電應用是指利用高溫超導材料的量子效應和磁通量釘扎特性，實現高靈敏度、高精度、高速度的測量和信號處理系統，如超導磁體、超導量子干涉器件（SQUID）、超導濾波器、超導邏輯器件等。這些應用可以廣泛地服務于科學研究、醫療診斷、通信技術、雷達探測等領域。